Instrumentação Industrial Parte 5 Elementos Atuadores

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AUTOMAÇÃO E 
CONTROLE 
PUC MINAS – Barreiro 
 
Curso de Graduação em Engenharia Produção 
 
Prof. Henrique Resende Martins 
Objetivos 
Instrumentação 
Sumário 
Temperatura 
• Conceitos Básicos 
• Variáveis 
– Temperatura 
– Pressão 
– Nível 
– Força 
– Posição / Velocidade 
• Elementos Finais de Controle 
– Válvulas de Controle 
– Inversores de Frequência 
• Simbologia 
 
 
 
 A escolha do elemento final – Grande Importância. 
Para o bom desempenho da Malha de Controle 
Evitar Perdas 
 Responsável pela Modificação da Variável de 
Controle 
 Tipos de Elementos Finais de Controle: 
 Resistências elétricas; 
 Bombas; 
 Motores; 
 Válvulas de Controle. 
 
 
 
Elementos Finais de Controle 
 
 
 
 Partes Genéricas de uma Válvula: 
Atuador 
Pneumático (Mola/Diafragma/Haste) 
Manual 
Elétrica 
Elétro-pneumática 
Haste 
Indicador 
Castelo 
Corpo 
Obturador 
Sede 
 
 
 
 
Elementos Finais de Controle - Válvulas 
Curvas de resposta 
de válvulas de controle 
Obturadores 
Elementos Finais de Controle - Válvulas 
 
 
 
 VÁLVULAS GLOBO: 
◦ Atuação Pneumática (Sinal de Controle) e Uma Sede 
 
 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Disposição da Válvula em Repouso (Contra Falhas): 
◦ Normalmente Aberta (NA) 
◦ Normalmente Fechada (NF) 
◦ Funciona como um recurso de segurança: 
 Na ausência do sinal de controle => válvula assumirá sua 
posição de segurança, ou seja, anti-falhas. 
 
 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 TIPOS DE VÁLVULAS: 
a) Gaveta: ON/OFF (Manual ou Pneumática); 
b) Globo: Proporcional (Manual ou Pneumática); 
c) Retenção Pistão: Não permite Refluxo (Operação 
Horizontal); 
d)Retenção Portinhola: Não permite Refluxo (Operação 
Horizontal e Vertical); 
e) Tipo Esfera 
f) Borboleta 
g) Guilhotina 
 
 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Gaveta: 
◦ Destina apenas a estabelecer ou interromper o fluxo; 
◦ Mesmo diâmetro nominal da tubulação; 
◦ Têm uma abertura de passagem igual a da mesma tubulação. 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Gaveta – Qual sua Função? 
◦ Bloquear líquidos por excelência 
◦ Bloqueio feito lentamente 
◦ Evitar os efeitos de uma paralisação repentina 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Gaveta – Onde posso utiliza-la? 
◦ válvula ideal para bloquear a passagem do fluído em uma 
determinada tubulação. 
◦ Não devem ser utilizadas para fluídos que deixem 
sedimentos ou depósitos sólidos. 
◦ Podem ser utilizadas em tubulações com fluxo pulsante ou 
sujeitas a vibrações. 
◦ Pode ser utilizada em tubulações: 
 De água, 
 Óleos, 
 Líquidos em geral ou até mesmo gases. 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Globo: 
◦ Válvulas de regulagem. 
◦ controlar o fluxo podendo trabalhar em qualquer posição 
de fechamento parcial. 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Globo – Qual sua Função? 
◦ Controlar a passagem do fluxo 
◦ Trabalha em posição: Aberta, Fechada, Intermediária. 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Globo – Onde posso utiliza-la? 
◦ Utilizada em regulagem em tubulações de: 
 água, óleos, líquidos em geral, bem como para vapor, ar e 
gases. 
◦ Indicada para Regular Fluxo 
◦ Não devem ser utilizadas para fluídos que deixem 
sedimentos ou depósitos sólidos. 
◦ Podem ser utilizadas em tubulações com fluxo pulsante ou 
sujeitas a vibrações. 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção Pistão: 
◦ Prevenir e impedir o contra-fluxo de fluídos. 
◦ Normalmente são colocadas após bombas. 
◦ indicada apenas para fluídos bombeados em linha 
horizontal. 
◦ Para linha vertical - Válvula Retenção tipo Portinhola 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção Pistão – Qual sua Função? 
◦ Permite a passagem do fluído em apenas um sentido. 
◦ São portando, válvulas de operação automática (AUTO-
OPERADAS). 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção Pistão – Onde posso utiliza-la? 
 Exemplos: 
◦ Imediatamente após uma bomba 
 Quando houver mais de uma bomba em paralelo 
descarregando no mesmo tronco. 
 Linha de recalque de uma bomba para um reservatório 
elevado. 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção Pistão – Condições para Utilização 
◦ Devem ser utilizadas apenas na posição horizontal. 
◦ Também é indicada para trabalhar com gases e vapores. 
◦ Não devem ser utilizadas para fluídos que deixem 
depósitos sólidos. 
◦ Podem ser utilizadas em tubulações com fluxo pulsante ou 
sujeitas a vibrações. 
◦ Esta válvula causa uma perda considerável de pressão, por 
isso são empregadas com o diâmetro de no máximo 2". 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção de Portinhola: 
◦ Válvula de Retenção 
◦ Impedir o contrafluxo de fluídos 
◦ Colocadas após bombas 
◦ Indicada para qualquer posição 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção de Portinhola – Qual sua Função? 
◦ Permite a passagem do fluído em apenas um sentido. 
◦ Fecham-se automaticamente por diferenças de pressões. 
◦ São portando, válvulas de operação automática (AUTO-
OPERADAS). 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção de Portinhola – Onde posso utiliza-la? 
 Exemplos: 
◦ Imediatamente após uma bomba 
 Quando houver mais de uma bomba em paralelo 
descarregando no mesmo tronco. 
 Linha de recalque de uma bomba para um reservatório 
elevado. 
 Em linhas que a válvula necessita ser instalada em Pé. 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Retenção de Portinhola – Condições para 
Utilização 
◦ Também é indicada para trabalhar com gases e vapores. 
◦ Não devem ser utilizadas para fluídos que deixem 
depósitos sólidos. 
◦ Podem ser utilizadas em tubulações com fluxo pulsante ou 
sujeitas a vibrações. 
◦ Esta válvula causa uma perda considerável de pressão, 
porém menor que a de pistão. 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Tipo Esfera: 
◦ proporciona uma vedação estanque (sem vazamentos 
quando totalmente fechada); 
◦ A esfera gira em torno de dois anéis de Teflon (construção 
padrão) alojados no corpo e que fazem a função de sede; 
◦ Possibilita a passagem do fluído em qualquer direção sem 
problemas dinâmicos. 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Tipo Esfera: 
◦ Modelos: 
A) Válvula Esférica com atuador Pneumático Mola e Diafragma 
B) Válvula Esférica Manual 
C) Válvula Esférica Manual de 3 Vias 
 
 
 
 
 
 
 (A) (B) (C) 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Borboleta: 
◦ Válvula de deslocamento rotativo; 
◦ Muito usadas em tamanhos maiores que 3”; 
◦ Consiste de um corpo cilíndrico com um disco 
solidário a um eixo instalado perpendicularmente 
ao eixo do cilindro 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Válvula Tipo Borboleta: 
◦ Modelos: 
A) Válvula Borboleta com Atuador Pneumático 
B) Válvula BorboletaManual 
C) Válvula Borboleta com Atuador de Boia 
 
 
 
 
 
 
 (A) (B) (C) 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Tipos de Corpo de Válvula Mais Utilizados: 
 
 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
 
Manuais 
Elétricas 
Pneumáticas 
Eletro-Pneumáticas 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Manuais: Praticamente todas as válvulas possuem a 
opção de manual por segurança. 
VANTAGENS 
 Maior Segurança 
 Possibilidades de Ajustes 
 Mais Baratas 
 Simples Instalação 
DESVANTAGENS 
 Necessita da Intervenção Humana 
 Não permite atuação remota 
 Não possibilita Ajustes finos 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Elétricas 
 
VANTAGENS 
 Compacta 
 Aptidão para aplicações remotas 
DESVANTAGENS 
 Alto custo 
 Falta de posição de segurança por falha 
 Resposta lenta 
 Falta de possibilidades de ajustes 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Elétricas 
 
VA 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Pneumáticas 
VANTAGENS 
 Capacidade de torque elevado 
 Menor peso 
 Adaptação às variações dos requisitos de torque da 
válvula 
 Resposta rápida 
 Seguro em aplicações eletricamente perigosas 
DESVANTAGENS 
 Requer acessórios opcionais para Posição de Segurança 
por falha (Normalmente Fechada ou Aberta) 
 Necessidade de alta pressão 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Pneumáticas 
 Tipo Pistão 
 Tipo Diafragma-Mola 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Eletro–Pneumáticas 
 Recebem um sinal elétrico mas o transformam. 
 Conversor: Corrente Elétrica para Pressão (I/P), ou 
Tensão Elétrica para Pressão (E/P) – Eletroímã. 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Eletro–Pneumáticas 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
 
 Classificação das Válvulas Quanto ao ATUADOR: 
Eletro–Pneumáticas 
VANTAGENS 
 Acionamento Remoto 
 Resposta Rápida 
 Adaptação às variações dos requisitos de torque da 
válvula 
DESVANTAGENS 
 Preço 
 Geralmente não pode ser utilizado em áreas molhadas. 
 
 
 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 Nunca é maior que a tubulação 
 Nunca é muito menor 
 Opera, sob controle, em posições intermediárias 
confortáveis (longe dos limites) nas condições 
nominais 
 Não emite ruído elevado 
 É confiável e durável 
 Produz uma perda de pressão, quando totalmente 
aberta, entre 5 e 20% da pressão. 
A válvula de controle Bem Dimensionada, em geral: 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 A alta velocidade do fluido tem como 
consequência o desgaste prematuro dos materiais, 
podendo gerar ruído elevado. 
 
 Problemas: 
◦ Ruído, 
◦ Flashing, 
◦ Erosão/Corrosão 
 
Problemas que podem ocorrer 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
Flashing 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
Flashing 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
Erosão Corrosão 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
 
 
VÁLVULAS DE 
AR QUENTE 
 
Elementos Finais de Controle- Válvulas 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
Elementos Finais de Controle – Válvulas 
Sumário 
Temperatura 
• Conceitos Básicos 
• Variáveis 
– Temperatura 
– Pressão 
– Nível 
– Força 
– Posição / Velocidade 
• Elementos Finais de Controle 
– Válvulas de Controle 
– Inversores de Frequência 
• Simbologia 
 SÃO DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS DE POTÊNCIA 
DESTINADOS A MANIPULAR A VELOCIDADE DE MOTORES 
ELÉTRICOS ACOPLADOS A MÁQUINAS GIRANTES 
Elementos Finais de Controle – Inversores 
 MOTORES ASSÍNCRONOS UTILIZAM UM CAMPO MAGNÉTICO 
GIRANTE ENVOLVENDO O ROTOR. 
 A VARIAÇÃO DA FREQUÊNCIA PERMITE OBTER VELOCIDADES 
VARIÁVEIS 
 A VARIAÇÃO DA VELOCIDADE NOS PERMITE CONTROLES DE 
POSIÇÃO, VAZÃO E PRESSÃO. 
 
p
f
n


120
Elementos Finais de Controle – Inversores f
V
T 
TORQUE CONTANTE: CORREIAS 
TRANSPORTADORAS 
TORQUE VARIÁVEL: BOMBAS E 
VENTILADORES 
POTÊNCIA CONSTANTE: MÁQUINAS 
FERRAMENTA 
Elementos Finais de Controle – Inversores 
 A SIMPLES VARIAÇÃO DE FREQUÊNCIA EM PWM (SEM FEED-BACK DE 
VELOCIDADE E CORRENTE) É SUFICIENTE PARA A MAIORIA DAS 
APLICAÇÕES ONDE A VARIÁVEL (VAZÃO, PRESSÃO, NÍVEL) É MEDIDA 
DIRETAMENTE E CONTROLADA EM MALHA FECHADA. A TÉCNICA 
CONSISTE EM PROCURAR MANTER CONSTANTE A RELAÇÃO 
TENSÃO/FREQUÊNCIA (V/Hz) 
 
Elementos Finais de Controle – Inversores 
 A SIMPLES VARIAÇÃO DE FREQUÊNCIA EM PWM (SEM FEED-BACK DE 
VELOCIDADE E CORRENTE) É SUFICIENTE PARA A MAIORIA DAS 
APLICAÇÕES ONDE A VARIÁVEL (VAZÃO, PRESSÃO, NÍVEL) É MEDIDA 
DIRETAMENTE E CONTROLADA EM MALHA FECHADA. A TÉCNICA 
CONSISTE EM PROCURAR MANTER CONSTANTE A RELAÇÃO 
TENSÃO/FREQUÊNCIA (V/Hz) 
 
Elementos Finais de Controle – Inversores 
A VENTILAÇÃO DO MOTOR EM BAIXAS 
VELOCIDADES É PREJUDICADA: 
MOTORES ESPECIAIS, VENTILAÇÃO 
FORÇADA, LIMITE INFERIOR DE 
VELOCIDADE. 
RUÍDO ELETROMAGNÉTICO IRRADIADO 
E INDUZIDO PODE PREJUDICAR 
INSTRUMENTOS E EQUIPAMENTOS 
SENSÍVEIS A CAMPOS 
ELETROMAGNÉTICOS. 
 
RUÍDO CONDUZIDO DE ALTA FREQUÊNCIA PODE PREJUDICAR OUTROS 
EQUIPAMENTOS LIGADOS À MESMA REDE: FILTROS DE RF 
HARMÔNICOS INTRODUZIDOS NO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 
PODEM PREJUDICAR OUTROS EQUIPAMENTOS E CONFUNDIR OS 
CONTROLES DE FATOR DE POTÊNCIA: FILTROS ESPECÍFICOS 
PREOCUPAÇÕES IMPORTANTES: 
Elementos Finais de Controle – Inversores 
 Partida de motores 
Motores 
Elementos Finais de Controle – Inversores 
 Utilizado na partida de motores. 
 Minimiza a corrente de partida. 
 Controlam a corrente a partir da variação da tensão. 
 Não são usados no controle de velocidade. 
 Pode ser utilizado para partir mais de um motor. 
SoftStarter - Controle